JP2005235490A - 不活性ガス生成装置及びこれを用いた燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 不活性ガス貯蔵用の高圧ガスボンベやその付帯設備を必要としない簡便で小型化が可能な不活性ガス生成装置及びこれを用いた燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 燃料電池システム1は、パージ用の不活性ガスを供給する不活性ガス生成装置5を備える。不活性ガス生成装置5は、酸素還元触媒を有する空気極51と、還元剤酸化触媒を有する還元剤極53と、空気極51と還元剤極53の間に挟持された電解質52と、空気極51と還元剤極53とを電気的に接続する接続回路9を備える。コントローラ20は、不活性ガスが必要な場合、空気極51に空気を供給し、還元剤極53に還元剤としての水素を供給し、空気極51にて空気中に含まれる酸素を電気化学的に水に還元することにより空気から酸素を除去した不活性ガスを生成して、燃料電池本体4へ供給する。
【選択図】 図1
【解決手段】 燃料電池システム1は、パージ用の不活性ガスを供給する不活性ガス生成装置5を備える。不活性ガス生成装置5は、酸素還元触媒を有する空気極51と、還元剤酸化触媒を有する還元剤極53と、空気極51と還元剤極53の間に挟持された電解質52と、空気極51と還元剤極53とを電気的に接続する接続回路9を備える。コントローラ20は、不活性ガスが必要な場合、空気極51に空気を供給し、還元剤極53に還元剤としての水素を供給し、空気極51にて空気中に含まれる酸素を電気化学的に水に還元することにより空気から酸素を除去した不活性ガスを生成して、燃料電池本体4へ供給する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、空気から酸素を除去して不活性ガスを生成する不活性ガス生成装置、及びこの不活性ガス生成装置をパージガス源として用いた燃料電池システムに関する。
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。
燃料電池を停止させる場合、配管系や燃料電池本体内部の残留ガスを、不活性ガスでパージすることが望ましい。この理由としては、主に二つ挙げることができる。
第一の理由は安全の問題である。すなわち、水素が残留した配管系や燃料電池本体内部の空間に外部から空気が侵入した場合、燃焼や爆発が起こる可能性があるためである。
第二の理由は燃料電池の劣化防止のためである。燃料電池内部に水素および空気が残留した状態で無負荷状態に置かれると、燃料極と空気極の間には開回路電圧に近い電位差が生じる。この時、空気極は高電位となるため、空気極側の触媒やガス拡散層などの電池構成部品の腐食が進行する。
このような理由により、従来から燃料電池システムにおいては残留ガスを不活性ガスでパージすることが行われている。しかしながら、この方法では不活性ガスを貯蔵しておくための高圧ガスボンベやその付帯設備を必要とするため、発電装置の容積増加が避けられない。また、不活性ガスの充填や高圧ボンベの交換を定期的実施する必要があり、コストがかかるだけでなく取扱いに慣れた人員を必要とする。そのため、近年注目されている車載用燃料電池等の移動体および可搬体用としての利用や、家庭用小型燃料電池等での利用には適さない。
上記問題の解決策としては、燃料電池の停止時にダミー抵抗を水素極と空気極の間に接続し、水素極残留水素を素早く空気で置換する方法が特許文献1に開示されている。
また特許文献2は、水素燃焼器にて水素と空気を反応させて得た不活性ガスにより、燃料電池内及び配管内に残留した残留ガスをパージする燃料電池のパージ方法を開示している。
さらに特許文献3では、銅(Cu),鉄(Fe),ニッケル(Ni)等の遷移金属の酸化反応により、空気中に含まれる酸素を除去しパージガスとして用いる方法が提案されている。この方法で得られるパージガスには水素が存在することがないため、少なくとも空気極側には必ず供給することができる。
US2002−076583(FIG.1)
特開2002−050372号公報(第3頁、図1)
特開2002−280038号公報(第3頁、図1)
しかしながら、特許文献1記載の方法では、残留水素を空気で置換するため、必ずしも安全の問題が解消されたとは言い難い。また、不活性ガスで置換していないため、燃料電池の劣化防止効果も十分でなく、燃料電池の劣化防止を効果的なものにするには水素極の置換をわずか0.05秒以下で完了させることが望ましい。従って、そのためには空気を高速で供給し得る能力を持つブロワが必要となるという問題点があった。
また、特許文献2記載の方法では、水素と空気中の酸素をそれぞれ過不足なく反応させることが困難であり、実際には水素燃焼器で反応しきれない水素や酸素の一方もしくは両方が水素燃焼器を通過したガス中に存在する。もしこのガス中に水素が存在する場合は燃料電池の空気極側へは供給できず、酸素が存在する場合は燃料電池の水素極側へ供給できず、両者が存在する場合はどちらにも供給できない。従って、ガスの水素濃度および酸素濃度の両者をモニターする必要が生じるという問題点があった。
さらに、特許文献3記載の方法では、遷移金属の酸化反応は300〔℃〕以上の高温下で行われるため、遷移金属を加熱する手段を必要とするという問題点があった。また、酸化した遷移金属を還元再生させる必要があるという問題点があった。
本発明は、上記問題点を解決するため、酸素還元触媒を有する空気極と、還元剤酸化触媒を有する還元剤極と、前記空気極と前記還元剤極の間に挟持された電解質と、前記空気極と前記還元剤極とを電気的に接続する回路と、を備えて成り、前記空気極に空気を供給し、前記還元剤極に還元剤を供給し、前記空気極にて空気中に含まれる酸素を電気化学的に水に還元することにより空気から酸素を除去した不活性ガスを生成することを要旨とする不活性ガス生成装置である。
また本発明は、上記不活性ガス生成装置をパージガス供給源とし、該パージガス供給源から供給する不活性ガスを用いて、燃料電池本体およびまたは該燃料電池本体に燃料ガスを供給する燃料ガス配管内に残留した残留ガスをパージすることを要旨とする燃料電池システムである。
空気の成分(乾燥空気の体積比)としては、窒素(N2 )が78.084〔%〕、酸素(O2 )が20.984〔%〕、アルゴン(Ar)が0.983〔%〕、二酸化炭素(CO2 )が約330〔ppm〕、ネオン(Ne)が18.2〔ppm〕、(以下略)含まれている(岩波理化学辞典参照)。この空気中の酸素を水素等の還元剤で還元して除去すれば、残りのガスは、不活性ガスとして利用できる。
本発明に係る不活性ガス生成装置によれば、不活性ガス貯蔵のための高圧ガスボンベ及びその付帯設備を設けることなく、不活性ガス利用装置に不活性ガスを供給することができるという効果がある。
本発明に係る不活性ガス生成装置を用いた燃料電池システムによれば、不活性ガスを貯蔵しておくための高圧ガスボンベやその付帯設備を必要とせず、燃料電池システムを小型軽量化することができるという効果がある。
本発明に係る燃料電池システムによれば、不活性ガスを供給するためのガスボンベの交換や充填を必要とせず、取り扱いが容易となり保守性が向上するという効果がある
また、不活性ガス生成装置から得られた不活性ガスに水素に代表される還元剤が含まれるときは、燃料電池およびその配管内の酸素が滞留している箇所には供給できないが、本発明では不活性ガスに還元剤が含まれることはない。従って、酸素が滞留している箇所には無条件で供給することができるという効果がある。
また、不活性ガス生成装置から得られた不活性ガスに水素に代表される還元剤が含まれるときは、燃料電池およびその配管内の酸素が滞留している箇所には供給できないが、本発明では不活性ガスに還元剤が含まれることはない。従って、酸素が滞留している箇所には無条件で供給することができるという効果がある。
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に示す各実施例は、特に限定されないが燃料電池車両に好適な実施例である。
図1は、本発明に係る燃料電池システムの実施例1の構成を説明するシステム構成図である。図1に示すように、本発明の燃料電池システム1は、高圧水素タンク等の水素供給手段2と、空気供給手段としての空気ブロワ3と、燃料電池本体4と、空気極51と電解質52と還元剤極53を備えた不活性ガス生成装置5と、不活性ガス生成装置5で生成された不活性ガス中の酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段である酸素濃度計7と、燃料電池本体4の空気極と燃料極との電位差を計測する燃料電池電圧計8と、不活性ガス生成装置5の空気極51と還元剤極53とを接続する接続回路9と、水素圧力調整弁11と、三方弁12,15と、開閉弁13,16,18,19と、パージ弁14と、空気圧力調整弁17と、コントローラ20とを備えている。
不活性ガス生成装置5の空気極51は、酸素還元触媒を有し、還元剤極53は還元剤酸化触媒を有する。空気極51と還元剤極53との間には、電解質52が挟持されている。そして不活性ガス生成装置5には、空気極51と還元剤極53とを電気的に接続する抵抗器や導線等の接続回路9が設けられている。
水素供給手段2は、高圧水素タンク、液化水素タンク及び蒸発器、水素吸蔵材料タンク、燃料改質器、ボロハイドライド(BH4 -)水素発生器等を用いて、燃料電池本体4および不活性ガス生成装置へ水素(還元剤)を供給するものである。
水素供給手段2から供給される水素は、水素圧力調整弁11で圧力が調整されて、三方弁12の入口に供給される。三方弁12の各出口には、不活性ガス生成装置5の還元剤極53,または開閉弁13を介して燃料電池本体4のアノードが接続されている。三方弁12の切替により、水素供給手段2から選択的に不活性ガス生成装置5または燃料電池本体4に水素を供給できるようになっている。
空気ブロワ3の出口には、三方弁15の入口が接続され、三方弁15の各出口には、それぞれ不活性ガス生成装置5の空気極51または開閉弁16を介して燃料電池本体4のカソードが接続されている。三方弁15の切替により、空気ブロワ3から選択的に不活性ガス生成装置5または燃料電池本体4に空気を供給できるようになっている。
コントローラ20は、酸素濃度計7の検出値、燃料電池電圧計8の検出値を入力して、空気ブロワ3、水素圧力調整弁11、パージ弁14、空気圧力調整弁17、三方弁12,15、開閉弁13,16,18,18を制御することにより、燃料電池の通常運転、燃料電池の始動時及び運転終了時のパージを制御する。
尚、特に限定されないが、コントローラ20は、本実施例では、CPUと、プログラムROMと、作業用RAMと、入出力インタフェースを備えたマイクロプロセッサで構成されている。
燃料電池システム1は、不活性ガス生成装置5に空気および還元剤としての水素を供給し、不活性ガス生成装置5で空気中の酸素を還元消費することで、窒素及びアルゴンを主成分とする不活性ガスを生成する。
得られた不活性ガスは、燃料電池システム1の起動時及び停止時に、燃料電池本体4に供給され、燃料電池本体4及び燃料ガス供給配管に滞留しているガスを不活性ガスで置換する。そのため、不活性ガスが必要なときに不活性ガスを生成することとなり、不活性ガスを貯蔵しておくための高圧ガスボンベやその付帯設備を必要とせず、燃料電池システムの小型化が可能となる。
不活性ガス生成装置5に供給される空気は、空気ブロワ3より三方弁15を経て不活性ガス生成装置5の空気極51に供給される。この空気ブロワ3は燃料電池本体4の運転時に燃料電池本体4に空気を供給するものと兼用される。従って、新たに空気ブロワを設置する必要がなく、システムの小型化を図ることができる。
不活性ガス生成装置5において空気中の酸素を還元する還元剤は、水素供給手段2より水素圧力調整弁11および三方弁12を経て不活性ガス生成装置5の還元剤極53に供給される。このように不活性ガス生成装置5に供給する還元剤に燃料電池本体4の燃料ガスとして使用される水素を用いるため、不活性ガス生成装置用の還元剤を貯蔵しておくための新たな貯蔵設備を必要とせず、燃料電池システムの小型化が可能となる。
不活性ガス生成装置5の空気極51および還元剤極53ではそれぞれ下記式の反応が進行する。
(化1)
空気極 1/2O2 +2H+ +2e- → H2O … (1)
還元剤極 H2 → 2H+ +2e- … (2)
式(1)で必要となる電子(e- )は、空気極51と還元剤極53は接続回路9にて接続されているため式(2)で得られる電子が供給される。また、式(1)で必要となるプロトン(水素イオン、H+ )は空気極51と還元剤極53の間に電解質52が挟持されているため、式(2)で得られるプロトンが供給される。
空気極 1/2O2 +2H+ +2e- → H2O … (1)
還元剤極 H2 → 2H+ +2e- … (2)
式(1)で必要となる電子(e- )は、空気極51と還元剤極53は接続回路9にて接続されているため式(2)で得られる電子が供給される。また、式(1)で必要となるプロトン(水素イオン、H+ )は空気極51と還元剤極53の間に電解質52が挟持されているため、式(2)で得られるプロトンが供給される。
還元剤極53には、水素が水素圧力調整弁11で調整された圧力でかかっているので、(2)式で水素が消費された分、自動的に供給される。
空気極51では、式(1)の反応により空気中の酸素が消費され、窒素を主成分とした不活性ガスが生成される。なお、式(1)の反応により生成した水は水蒸気として不活性ガスに含有される。もし、燃料電池本体4が固体高分子型燃料電池である場合、この水蒸気により固体高分子型電解質膜が加湿され乾燥を抑制することができる。
空気極51や還元剤極53は、それぞれ酸素還元触媒、水素酸化触媒を有する。これらの触媒には、固体高分子型燃料電池やリン酸型燃料電池に使用されている白金担持カーボンや白金黒が特に有効である。一般に、白金担持カーボンは少ない使用量で大きな表面積を得ることができるため白金使用量の低減に有効である反面、カーボン腐食の問題がある。本発明における不活性ガス生成装置は、その構成が燃料電池と類似しているが燃料電池よりもはるかに小型であるため、白金黒を使用したとしてもその使用量は少なく、不活性ガス生成装置そのものの耐久性を考慮すれば白金黒の使用がより望ましい。
電解質52は、プロトンを伝導する物質であればいずれも適用できる。従って、リン酸等の各種酸性溶液や、ナフィオンに代表されるパーフルオロスルホン酸型イオン交換樹脂などの固体高分子電解質を用いることができる。高分子電解質膜を使用した場合、不活性ガス生成装置5を薄型にできるため、小型化に有効である。不活性ガス生成装置の耐久性を求める場合は高分子電解質膜の膜厚を厚くするか、酸性溶液を使用することが望ましい。
不活性ガス生成装置5により生成された不活性ガス中の酸素濃度は、酸素濃度計7により計測され、その濃度に応じて空気極51への空気供給量を制御する。すなわち、酸素濃度が検知されない場合は、不活性ガス生成装置5における酸素消費能力に余力があるが、酸素濃度が既定値以上を示した場合は不活性ガス生成装置5の酸素消費能力が限界を超えているため、開閉弁18を閉じガスを燃料電池本体4の空気極側のみに供給すると同時に、空気供給量を減少するように制御する。
燃料電池本体4の電圧は、燃料電池電圧計8によって計測され、この電圧が既定値以下に達したとき不活性ガスによるパージが完了したと判断できる。
次に、上記構成の燃料電池システムにおけるコントローラ20による停止操作を図2のフローチャートを参照して説明する。尚、以下のフローチャートを参照した説明では、説明を簡略化するために、開閉弁13,16,18,19、水素圧力調整弁11、空気圧力調整弁17、パージ弁14は、符号で区別することにし、これらを単にバルブと呼ぶことにする。
燃料電池本体4の発電を停止した時点での各弁の状態(初期状態)は、図2に示したように、バルブ11,13,14,16,17は開、バルブ18,19は閉、三方弁12,15は燃料電池側に導通の状態である。
まず、ステップS101において、コントローラ20は、バルブ19を開、バルブ13,16を閉、三方弁12,15を不活性ガス生成装置5側に切り替える操作を実施し、空気ならびに水素を不活性ガス生成装置5に供給する。この時点で不活性ガス生成装置5を通過したガスは、酸素を含んでいる可能性が高いので、バルブ18は閉じたままとし、不活性ガス生成装置5の空気極51で生成された不活性ガスは燃料電池本体4の空気極側のみに供給する。
次いで、ステップS102にてコントローラ20は、酸素濃度計7の検出値を読み込み、不活性ガス生成装置5で生成した不活性ガスの酸素濃度が既定値100〔ppm〕以下であるか判定する。
ステップS102の判定結果が「NO」である場合は、不活性ガス生成装置5の酸素除去能力が限界を超えていると判断し、ステップS107に進み、空気ブロワ3の空気供給量を減少し、再びステップS102に戻る。
ここで、生成した不活性ガスの酸素濃度が既定値以上であったとしても、その濃度は空気中の酸素濃度よりは低いため、このガスを燃料電池本体4の空気極に供給することで空気極内の酸素濃度を低下することができ、燃料電池本体の空気極が高電位に晒される時間を短縮することができる。
また生成した不活性ガスの酸素濃度が既定値以上である場合、燃料電池本体4の水素極に供給しないため水素極内での水素と酸素の混合を回避できる。
ステップS102の判定結果が「YES」である場合は、不活性ガス生成装置5により酸素が十分に除去されていると判断し、ステップS103に進む。
ステップS103では、バルブ18を開き、不活性ガス生成装置5により生成された不活性ガスを燃料電池本体4の水素極側にも供給を開始する。
続いてステップS104に進み、再度酸素濃度計7の検出値を読み込んで酸素濃度が既定値100〔ppm〕以下であるか判定する。
ステップS104の判定結果が「NO」である場合は、コントローラ20は不活性ガス生成装置5の酸素除去能力が限界を超えていると判断し、ステップS108に進みバルブ18を閉じることで燃料電池本体4の水素極側への不活性ガス供給を停止し、続いてステップS109にて空気ブロワ3の空気供給量を減少した後、ステップS102に戻る。
このように、生成した不活性ガスの酸素濃度に応じて不活性ガス生成装置の空気極に供給する空気量を制御しているので、生成した不活性ガスの酸素濃度を低濃度に抑えることができる。
ステップS104の判定結果が「YES」である場合は、コントローラ20はステップS105に進み、燃料電池電圧計8により燃料電池本体4の電圧が0.2〔V/セル〕以下であるか判定する。
ステップS105の判定結果が「NO」である場合は、コントローラ20は燃料電池本体4の不活性ガスによるパージが不十分であると判断し、再びステップS104に戻る。
ステップS105の判定結果が「YES」である場合は、コントローラ20は燃料電池本体4は不活性ガスにより十分にパージされたと判断し、ステップS106に進む。
ステップS106では、コントローラ20は、空気ブロワ3を停止し、バルブ11,13,14,16,17,18,19を閉じる操作を行う。この操作が完了することで、空気および水素の不活性ガス生成装置5への供給が停止されると同時に、燃料電池本体4に不活性ガスが封入された状態で終了する。
図3は、本発明に係る燃料電池システムの実施例2の構成を説明するシステム構成図である。本実施例は、上流側の不活性ガス発生装置5の空気極排ガス及び還元剤極排ガスをそれぞれ下流側の不活性ガス生成装置6に供給するように、空気供給配管ならびに還元剤ガス供給配管に対して直列に複数の不活性ガス生成装置5,6が設置されており、不活性ガス生成装置のうち上流に近い装置5の空気極51と還元剤極53の電気的接続が負荷装置であり、該負荷装置が空気を空気極51に供給するファン21の動力源であることを特徴とする。
不活性ガス生成装置5の空気極51は、酸素還元触媒を有し、還元剤極53は還元剤酸化触媒を有する。空気極51と還元剤極53との間には、電解質52が挟持されている。そして不活性ガス生成装置5には、空気極51と還元剤極53との間に負荷装置である小型空気ブロワ21が設けられている。
不活性ガス生成装置6の空気極61は、酸素還元触媒を有し、還元剤極63は還元剤酸化触媒を有する。空気極61と還元剤極63との間には、電解質62が挟持されている。そして不活性ガス生成装置6には、空気極61と還元剤極63とを電気的に接続する抵抗器や導線等の接続回路9が設けられている。
燃料電池本体4の停止後および起動前に不活性ガス生成装置5および6に空気および還元剤を供給し、空気中の酸素を還元消費することで不活性ガスを生成する。得られた不活性ガスは燃料電池本体4に供給され、燃料電池本体4に滞留しているガスを不活性ガスで置換する。
不活性ガス生成装置5および6に供給される空気は、小型空気ブロワ21より不活性ガス生成装置5の空気極51に供給される。空気極51から排出された空気は、不活性ガス生成装置6の空気極61に供給される。この小型空気ブロワ21は不活性ガス生成装置専用の小型のものであるため、燃料電池本体4の運転時に燃料電池本体4に空気を供給する空気ブロワ3とは異なり、実施例1のように空気ブロワ3を不活性ガス生成装置への供給を兼用した場合に生じる騒音の問題や要求する空気量に比べて過大な電力消費が解消される。
また、小型空気ブロワ21の動力源を上流側不活性ガス生成装置5により生じる電力を用いるため、エネルギー効率を高めることができる。この場合上流側不活性ガス生成装置5では空気中の酸素を完全に消費することが困難であるが、消費しきれなかった酸素は下流側不活性ガス生成装置6で消費することができる。
下流側不活性ガス生成装置6の空気極61と還元剤極63は接続回路9により接続されているが、空気極61にて酸素が完全に消費されきっていない場合は、空気極61と還元剤極63の間に電位差が生じる。この電位差は下流側不活性ガス生成装置の電位差計22にて計測され、コントローラ20は、その電位差に応じて小型空気ブロワ21による空気の供給量を制御する。すなわち、電位差が生じていない場合は不活性ガス生成装置5および6における酸素消費能力に余力があるが、電位差が既定値以上を示した場合は不活性ガス生成装置5および6の酸素消費能力が限界を超えているため、小型空気ブロワ21による空気供給量を減少するようにコントローラ20が制御する。その他の構成は実施例1と同様である。
次に、上記構成の燃料電池システムの停止操作を図4のフローチャートを参照して説明する。燃料電池本体4の発電を停止した時点(初期状態)での各バルブの状態は、図4に示した通りであり、バルブ11,13,14,16,17は開、バルブ18,18は閉、三方弁12は、燃料電池側である。
まず、ステップS201において、コントローラ20は、バルブ19を開、バルブ13,16を閉、三方弁12を不活性ガス生成装置5側に切り替え、小型空気ブロワ21を始動させる操作を実施し、空気ならびに水素を不活性ガス生成装置5及び6に供給する。この時点で不活性ガス生成装置5,6を通過したガスは、酸素を含んでいる可能性が高いので、バルブ18は閉じたままとし、燃料電池本体4の空気極側のみに供給する。
ステップS202にて、コントローラ20は、電位差計22の検出値を読み込み、電位差計22が示す電位差が既定値0.1〔V〕以下であるか判定する。
ステップS202の判定結果が「NO」である場合は、コントローラ20は不活性ガス生成装置5および6の酸素除去能力が限界を超えていると判断し、ステップS207に進み、小型空気ブロワ21の空気供給量を減少し、再びステップS202に戻る。
ステップS202の判定結果が「YES」である場合は、コントローラ20は不活性ガス生成装置5および6により酸素が十分に除去されていると判断し、ステップS203に進む。
このように本実施例では、不活性ガス生成装置6の空気極61と還元剤極63の電位差測定は、生成した不活性ガスの酸素濃度計測の代替手段となるため、生成した不活性ガスの酸素濃度に応じて不活性ガス生成装置の空気極に供給する空気量を制御して不活性ガスの酸素濃度を低濃度に抑えることができる効果があるだけでなく、定期的な検定・校正が必要な酸素濃度計測器を使用しないためメンテナンスが簡便になる。
ステップS203では、コントローラ20はバルブ18を開き、不活性ガス生成装置5および6により生成された不活性ガスを燃料電池本体4の水素極側にも供給を開始する。
続いてステップS204に進み、コントローラ20は、再度電位差計22の検出値を読み込み、電位差計22が示す電位差が既定値0.1〔V〕以下であるか判定する。
ステップS204の判定結果が「NO」である場合は、コントローラ20は不活性ガス生成装置5および6の酸素除去能力が限界を超えていると判断し、ステップS208に進みバルブ18を閉じることで燃料電池本体4の水素極側への不活性ガス供給を停止し、続いてステップS209にて小型空気ブロワ21の空気供給量を減少した後、ステップS202に戻る。
ステップS204の判定結果が「YES」である場合は、コントローラ20はステップS205に進み、燃料電池電圧計8の検出値を読み込み、燃料電池電圧計8により燃料電池本体4の電圧が0.2〔V/セル〕以下であるか判定する。
ステップS205の判定結果が「NO」である場合は、コントローラ20は、燃料電池本体4は不活性ガスによるパージが不十分であると判断し、再びステップS204に戻る。
ステップS205の判定結果が「YES」である場合は、コントローラ20は燃料電池本体4は不活性ガスにより十分にパージされたと判断し、ステップS206に進む。
ステップS206では、コントローラ20は、小型空気ブロワ21を停止させ、バルブ11,13,14,16,17,19を閉じる操作を行う。これらの操作を完了することで、空気および水素の供給が停止されると同時に燃料電池本体4に不活性ガスが封入された状態で終了する。
1…燃料電池システム
2…水素供給手段
3…空気ブロワ
4…燃料電池本体
5…不活性ガス生成装置
7…酸素濃度計
8…燃料電池電圧計
9…電気的接続
11…水素圧力調整弁
12,15…三方弁
13,16,18,19…開閉弁
14…パージ弁
17…空気圧力調整弁
20…コントローラ
2…水素供給手段
3…空気ブロワ
4…燃料電池本体
5…不活性ガス生成装置
7…酸素濃度計
8…燃料電池電圧計
9…電気的接続
11…水素圧力調整弁
12,15…三方弁
13,16,18,19…開閉弁
14…パージ弁
17…空気圧力調整弁
20…コントローラ
Claims (10)
- 酸素還元触媒を有する空気極と、
還元剤酸化触媒を有する還元剤極と、
前記空気極と前記還元剤極の間に挟持された電解質と、
前記空気極と前記還元剤極とを電気的に接続する回路と、
を備えて成り、
前記空気極に空気を供給し、前記還元剤極に還元剤を供給し、前記空気極にて空気中に含まれる酸素を電気化学的に水に還元することにより空気から酸素を除去した不活性ガスを生成することを特徴とする不活性ガス生成装置。 - 前記還元剤は、水素であることを特徴とする請求項1記載の不活性ガス生成装置。
- 前記不活性ガスの酸素濃度を計測する酸素濃度計測手段を備え、
該酸素濃度計測手段で計測した酸素濃度に応じて前記空気極への空気供給量を制御する手段を有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の不活性ガス生成装置。 - 前記酸素濃度計測手段で計測した酸素濃度が所定濃度以上のときには前記不活性ガスを不活性ガス利用装置に供給せずに排出することを特徴とする請求項3記載の不活性ガス生成装置。
- 前記空気極と前記還元剤極との電位差を計測する電位差計測手段を有し、
該電位差計測手段により計測された電位差に応じて前記空気極への空気供給量を制御する手段を有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の不活性ガス生成装置。 - 前記電位差計測手段による電位差が所定値以上のときには、生成した不活性ガスを不活性ガス利用装置へ供給せず排出することを特徴とする請求項5記載の不活性ガス生成装置。
- 上流側の不活性ガス発生装置の空気極排ガス及び還元剤極排ガスをそれぞれ下流側の不活性ガス生成装置に供給するように、空気供給配管ならびに還元剤ガス供給配管に対して直列に複数の不活性ガス生成装置が設置されており、前記複数の不活性ガス生成装置のうち上流に近い装置の空気極と還元剤極の電気的接続が負荷装置であり、該負荷装置が空気を前記空気極に供給するファンの動力源であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の不活性ガス生成装置。
- 請求項1ないし請求項7の何れか1項に記載の不活性ガス生成装置をパージガス供給源とし、該パージガス供給源から供給する不活性ガスを用いて、燃料電池本体およびまたは該燃料電池本体に燃料ガスを供給する燃料ガス配管内に残留した残留ガスをパージすることを特徴とする燃料電池システム。
- 前記不活性ガス生成装置が生成した不活性ガスの酸素濃度が所定濃度以上のときには、前記燃料電池本体の空気極を前記不活性ガスでパージし、前記燃料電池本体の燃料極及び前記燃料ガス配管は前記不活性ガスによるパージを行わないことを特徴とする請求項8記載の燃料電池システム。
- 前記不活性ガス生成装置の空気極と還元剤極の電位差が所定値以上のときには、前記燃料電池本体の空気極のみに前記不活性ガスを供給することを特徴とする請求項8記載の燃料電池システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004041281A JP2005235490A (ja) | 2004-02-18 | 2004-02-18 | 不活性ガス生成装置及びこれを用いた燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004041281A JP2005235490A (ja) | 2004-02-18 | 2004-02-18 | 不活性ガス生成装置及びこれを用いた燃料電池システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005235490A true JP2005235490A (ja) | 2005-09-02 |
Family
ID=35018228
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004041281A Pending JP2005235490A (ja) | 2004-02-18 | 2004-02-18 | 不活性ガス生成装置及びこれを用いた燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2005235490A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012114056A (ja) * | 2010-11-29 | 2012-06-14 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
KR101447864B1 (ko) * | 2012-10-09 | 2014-10-07 | 삼성중공업 주식회사 | 선박의 연료 전지 시스템용 불활성 가스 퍼징 시스템 |
DE102019210870A1 (de) * | 2019-07-23 | 2021-01-28 | Robert Bosch Gmbh | Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Versorgung zumindest einer Brennstoffzelleneinheit mit Arbeitsfluiden |
-
2004
- 2004-02-18 JP JP2004041281A patent/JP2005235490A/ja active Pending
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DE102019210870A1 (de) * | 2019-07-23 | 2021-01-28 | Robert Bosch Gmbh | Brennstoffzellenvorrichtung zu einer Versorgung zumindest einer Brennstoffzelleneinheit mit Arbeitsfluiden |
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